(57)【要約】【課題】  効率の良い暖房効率を確保しつつ、エンジンの燃費向上や暖房の速暖性を高めるようにしたエンジンの冷却システムを提供する。【解決手段】  エンジン１の冷却水とヒートポンプサイクル２の熱交換媒体との間で熱交換する水−媒体熱交換器１８と、ヒートポンプサイクル２の熱交換媒体を断熱膨張させて低温下して導入し、車室内に取り入れる外気との間で熱交換する外気熱交換器５と、冷却水を導入して外気熱交換器５を通過した外気との間で熱交換する水−外気熱交換器６と、を設け、冷却水が所定温度未満では水−媒体熱交換器１８を用いた媒体熱交換方式を用いることにより、エンジン始動直後に冷却水を温めて、冷機時のエンジンフリクションを低減して燃費を向上する一方、冷却水温度が所定温度以上では、水−外気熱交換器６を用いた外気熱交換方式を用いることにより、取り入れる外気を暖めて暖房効率を高める。【選択図】      図１
2005061364.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジン（１）の冷却水とヒートポンプサイクル（２）の熱交換媒体との間で熱交換し、エンジン（１）の媒体熱交換方式に用いる水−媒体熱交換器（１８）と、
ヒートポンプサイクル（２）の熱交換媒体を断熱膨張させて低温下して導入し、車室内に取り入れる外気との間で熱交換する外気熱交換器（５）と、
エンジン（１）の冷却水を導入して、前記外気熱交換器（５）を通過した外気との間で熱交換し、エンジン（１）の外気熱交換方式に用いる水−外気熱交換器（６）と、を設け、
エンジン（１）の冷却水温度が所定温度未満では、前記媒体熱交換方式および必要に応じて前記外気熱交換方式を用いる一方、冷却水温度が所定温度以上では外気冷却方式のみを用いることを特徴とするエンジンの冷却システム。
【請求項２】
冷却水温度が所定温度未満では、前記媒体熱交換方式に加えて前記外気熱交換方式を併用することを特徴とする請求項１に記載のエンジンの冷却システム。
【請求項３】
前記外気熱交換器は、空気調和装置（４）のエバポレータ（５）を用い、かつ、前記水−外気熱交換器は、空気調和装置（４）のヒータコア（６）を用いたことを特徴とする請求項１または２に記載のエンジンの冷却システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超臨界媒体を用いたヒートポンプサイクル兼冷凍サイクルを備えたエンジンの冷却システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
炭酸ガス等の超臨界媒体による熱交換媒体を用いたヒートポンプサイクルでは、コンプレッサにより高圧に加圧した熱交換媒体の圧縮熱を空気調和装置のエバポレータに供給して暖房として用いるようになっており、一方、コンプレッサで加圧した前記熱交換媒体を冷却して断熱膨張することにより冷凍サイクルを構成し、この断熱膨張した熱交換媒体を前記エバポレータに供給することにより空気調和装置の冷房として用いるようになっている。
【０００３】
ところで、このようなヒートポンプサイクルを用いた車両用の空気調和装置では、ヒートポンプサイクルを稼働する際にエンジンの冷却水と、エバポレータから排出されて低温化した熱交換媒体と、の間で熱交換する水−媒体熱交換器を設け、この水−媒体熱交換器を用いたエンジンの冷却システムが提案されている。
【非特許文献１】2002 SAE AUTOMOTIVE ALTERNATE REFRIGERANT SYSTEMS SYMPOSIUMのゼクセルバレオ発表資料：WWW.sae.org/calender/aars/2002/presentations.htmの「Results from CO2 heat pump applications」
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、かかる従来のエンジンの冷却システムでは、ヒータユニットに新たな放熱器を設ける必要がなく、一般に空気調和装置に備わるヒータコアのみで成立するという利点があるが、エンジンの冷却水温度が上昇するにしたがって、高温の熱交換媒体との温度差が小さくなって水−媒体熱交換器での放熱量が低下してしまい、ひいては空気調和装置の暖房効率も低下してしまうことになる。
【０００５】
そこで、本発明はかかる従来の課題に鑑みて、効率の良い暖房効率を確保しつつ、エンジンの燃費向上や暖房の速暖性を高めるようにしたエンジンの冷却システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、エンジンの冷却水とヒートポンプサイクルの熱交換媒体との間で熱交換し、エンジンの媒体熱交換方式に用いる水−媒体熱交換器と、
ヒートポンプサイクルの熱交換媒体を断熱膨張させて低温下して導入し、車室内に取り入れる外気との間で熱交換する外気熱交換器と、
エンジンの冷却水を導入して、前記外気熱交換器を通過した外気との間で熱交換し、エンジンの外気熱交換方式に用いる水−外気熱交換器と、を設け、
エンジンの冷却水温度が所定温度未満では、前記媒体熱交換方式および必要に応じて前記外気熱交換方式を用いる一方、冷却水温度が所定温度以上では外気冷却方式のみを用いることを最も主要な特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明のエンジンの冷却システムは、ヒートポンプサイクルの作動に伴って媒体熱交換方式を選定することにより、外気温が低温時のエンジン始動直後では水−媒体熱交換器を介してエンジンの冷却水を温めることができるため、冷機時のエンジンフリクションを低減して燃費を向上することができる。
【０００８】
また、エンジンの暖機化に伴って外気熱交換方式に切り換えることにより、エンジンの冷却水と水−外気熱交換器との間で熱交換して取り入れる外気を暖めることができるため、空気調和装置の暖房効率を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１０】
図１〜図３は本発明にかかるエンジンの冷却システムの一実施形態を示し、図１はエンジンの冷却水通路とヒートポンプサイクルとの関係を示す構成図、図２はエンジンの冷却水通路と冷凍サイクルとの関係を示す構成図、図３は媒体熱交換方式と外気熱交換方式とを選択するフローチャートである。
【００１１】
本発明のエンジン１の冷却システムは、図１に示すように、炭酸ガスを熱交換媒体として用いたヒートポンプサイクル２と、このヒートポンプサイクル２の熱交換媒体を用いた冷凍サイクル３と、を設けた空気調和装置４を備える。
【００１２】
前記空気調和装置４は、外気熱交換器としてのエバポレータ５と、エンジン１の冷却水を通路Ｐを介して導入する水−外気熱交換器としてのヒータコア６と、を備え、エバポレータ５には４方弁７の切り換えにより、ヒートポンプサイクル２の熱交換媒体または冷凍サイクル３の熱交換媒体を通過させるようになっている。
【００１３】
即ち、ヒートポンプサイクル２は、コンプレッサ８で加圧した熱交換媒体（炭酸ガス）を４方弁７および通路Ｐ１を介して前記エバポレータ５に供給し、そして、このエバポレータ５を通過した熱交換媒体は、通路Ｐ２，Ｐ３を介してガスクーラ９に供給した後、前記４方弁７および通路Ｐ４を介して前記コンプレッサ８に循環させる回路を構成する。
【００１４】
前記通路Ｐ２には第１電磁弁１０および逆止弁１１を設けてあるとともに、前記通路Ｐ３には副膨張弁１２および逆止弁１３を設けてあり、かつ、前記通路Ｐ４にはアキュムレータ１４を設けてある。
【００１５】
一方、冷凍サイクル３は、前記コンプレッサ８で加圧した熱交換媒体を前記４方弁７を介して前記ガスクーラ９に通して放熱した後、通路Ｐ５から主膨張弁１５を介して冷却して前記エバポレータ５に供給し、そして、このエバポレータ５を通過した熱交換媒体（冷媒）は前記通路Ｐ１を逆方向に流れて４方向弁７および通路Ｐ４を介してコンプレッサ８へと循環させる回路を構成する。
【００１６】
このとき、前記通路Ｐ５には主膨張弁１５の下流側に逆止弁１６を設けてあり、かつ、通路Ｐ５の上流側と前記通路Ｐ４のコンプレッサ８の上流側との間に内部熱交換器１７を設けてある。
【００１７】
ここで、前記ヒートポンプサイクル２の通路Ｐ１には、エバポレータ５の上流側を前記通路Ｐ３に連通する通路Ｐ６を設け、この通路Ｐ６と前記エンジン１の冷却通路Ｐとの間に水−媒体熱交換器としての媒体熱交換器１８を設け、この媒体熱交換器１８によって冷却水と熱交換媒体との間で熱交換するようになっている。
【００１８】
前記通路Ｐ６には、前記媒体熱交換器１８の上流側に第２電磁弁１９を設けてあるとともに、この媒体熱交換器１８の下流側に逆止弁２０を設けてある。
【００１９】
前記空気調和装置４は、図１に示すように、暖房時にはエバポレータ５によってヒートポンプサイクル２の熱交換媒体と車室内に取り入れる外気との間で熱交換して、暖めた外気を前記ヒータコア６に通過させて更に加熱した後、図外の各吹出口から車室内に暖房風を送風する。
【００２０】
また、図２に示すように、除湿暖房時にはエバポレータ５によって冷凍サイクル３の熱交換媒体（冷媒）と取入れ外気との間で熱交換して、冷却・除湿した外気をヒータコア６に通過させて暖めた後に車室内に取り入れるようになっている。
【００２１】
従って、前記エンジン１の冷却は、前記媒体熱交換器１８を介してヒートポンプサイクル２の熱交換媒体との間で熱交換する媒体熱交換方式と、前記ヒータコア６を介して外気との間で熱交換する外気熱交換方式と、の２方式が設けられ、本実施形態では、エンジン１の冷却水温度が所定温度（例えば、５０゜Ｃ）未満では、前記媒体熱交換方式を用いる一方、冷却水温度がその所定温度以上では外気冷却方式を用いる構成としてある。
【００２２】
即ち、媒体熱交換方式では、図１において第１電磁弁１０を閉弁するとともに第２電磁弁１９を開弁して、ヒートポンプサイクル２の加圧媒体をエバポレータ５に通すことなく媒体熱交換器１８に供給し、加熱した加圧媒体を専らエンジン１の冷却水との熱交換に用いるようになっている。
【００２３】
また、外気熱交換方式では、図１において第１電磁弁１０を開弁するとともに第２電磁弁１９を閉弁して、ヒートポンプサイクル２の加圧媒体を媒体熱交換器１８に通すことなくエバポレータ５に供給し、取入れ外気を暖めるようになっている。
【００２４】
図３は前記第１，第２電磁弁１０，１９を切換える図外のマイクロコンピュータの処理フローチャートを示し、まず、ステップＳ１によって空気調和装置４を作動することにより、ステップＳ２では入力した冷却水温や外気温に基づいて媒体熱交換モードか外気熱交換モードかを判断し、外気熱交換モードであると判断した場合はステップＳ３に進んで第１電磁弁１０を開弁するとともに第２電磁弁１９を閉弁して、エバポレータ５に熱交換媒体を流して外気を直接暖める。
【００２５】
一方、ステップＳ２で媒体熱交換モードであると判断した場合はステップＳ４に進み、第１電磁弁１０を閉弁するとともに第２電磁弁１９を開弁して、媒体熱交換器１８に熱交換媒体を流してエンジン冷却水を温める。
【００２６】
そして、次のステップＳ５では検出した冷却水温が所定温度、この場合５０゜Ｃに達したかどうかを判断し、５０゜Ｃ未満であると判断した場合（ＮＯ）はステップＳ４にリターンするとともに、５０゜Ｃ以上であると判断した場合（ＹＥＳ）は前記ステップＳ３に進む。
【００２７】
以上の構成により本実施形態のエンジンの冷却システムによれば、ヒートポンプサイクル２の作動に伴って媒体熱交換方式を選定することにより、外気温が低温時のエンジン始動直後では媒体熱交換器１８を介してエンジン１の冷却水を温めることができるため、冷機時のエンジンフリクションを低減して燃費を向上することができる。
【００２８】
また、エンジン１の暖機化に伴って外気熱交換方式に切り換わることにより、エンジン１の冷却水とエバポレータ５との間で熱交換して取り入れる外気を暖めることができるため、ヒータコア６の暖房効果と相俟って空気調和装置４の暖房効率を高めることができる。
【００２９】
更には、図３のフローチャートには示していないが、必要に応じて第１，第２電磁弁１０，１９の両方を開弁することにより、熱交換媒体をエバポレータ５と媒体熱交換器１８との両方に供給して、エンジン始動直後から媒体熱交換方式と外気熱交換方式とを併用することができ、この場合は早期に取り入れ外気を暖めて速暖効果を得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
前記実施形態は、本発明の要旨の範囲内で他の実施形態にも本発明を適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の一実施形態におけるエンジンの冷却水通路とヒートポンプサイクルとの関係を示す構成図である。
【図２】本発明の一実施形態におけるエンジンの冷却水通路と冷凍サイクルとの関係を示す構成図である。
【図３】本発明の一実施形態における媒体熱交換方式と外気熱交換方式とを選択するフローチャートである。
【符号の説明】
【００３２】
１  エンジン
２  ヒートポンプサイクル
３  冷凍サイクル
４  空気調和装置
５  エバポレータ（外気熱交換器）
６  ヒータコア（水−外気熱交換器）
１０  第１電磁弁
１８  媒体熱交換器（水−媒体熱交換器）
１９  第２電磁弁
【図１】
2005061364.tif 000003
【図２】
2005061364.tif 000004
【図３】
2005061364.tif 000005